钢铁冶金概论课件

1、钢铁冶金概论郭伟达钢铁冶金概论目 录 一、冶金的概念 二、钢铁冶金工艺简介 三、钢铁工业可持续发展目 录一、冶金的概念一、冶金的概念冶金的概念冶金就是指如何经济地从矿石或其他原料中提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的过程。冶金的概念冶金就是指如何经济地从矿石或其他原料中提取金属或金冶金又分为黑色冶金 黑色金属矿产：Fe, Mn, Cr, V 有色冶金 有色重金属：Cu,Zn,Pb,Sn,Bi(铋),Sb(锑), Hg(汞),Ni,Co, Cd(镉) 有色轻金属：Al, Mg冶金又分为冶金学用于提取各种金属的矿石具有不同的特性，故提取金属要根据不同的原理，同样冶炼不

2、同的金属和轧制不同性能或品种的钢材需要不同的生产工艺过程和设备，从而形成了冶金的专门学科冶金学。冶金学用于提取各种金属的矿石具有不同的特性，故提取金属要根据冶金学以研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术为重要内容，发展到对金属成分、组织结构、性能和有关理论的研究。冶金学以研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术为重要内钢铁冶金的基本方法火法冶金生铁生产：铁矿石还原钢的生产：铁水中C、Si、P 等元素的氧化铁合金生产：各种合金元素的氧化物的还原基本原理是在高温下通过氧化物还原或元素的氧化反应，达到金属与脉石分离，去除杂质，提取金属的目的。 钢铁冶金的基本方法火法冶金二、钢铁冶金工艺简介

3、二、钢铁冶金工艺简介传统流程传统流程现代流程现代流程钢铁冶金概论课件原燃料（铁矿石、溶剂、焦炭、煤粉、气体燃料）炼铁（铁水、铁块、高炉煤气）炼钢（钢坯、转炉煤气、炉渣）轧钢（钢材）原燃料（铁矿石、溶剂、焦炭、煤粉、气体燃料）（一）高炉炼铁生产用原燃料 含铁原料：铁矿石（烧结、球团） 溶剂：石灰石、白云石 燃料：焦炭、煤粉（一）高炉炼铁生产用原燃料含铁原料：铁矿石 凡在当前技术条件下，可以经济地提取出金属铁的岩石称为铁矿石。 铁矿石中除有含Fe的有用矿物外，还含有其他化合物，统称为脉石。常见的脉石有：SiO2、Al2O3、CaO及MgO等。含铁原料：铁矿石据统计，世界铁矿石总储量达3431108

4、t（亿），其中工业储量约1497108t。铁矿储量排在前5位的国家有：前苏联、澳大利亚、加拿大、巴西、印度，如下表：据统计，世界铁矿石总储量达3431108t（亿），其中工业国家 总储量 工业储量矿石品位108t（亿t)108t（亿t)TFe前苏联（含俄罗斯、乌克兰等）澳大利亚加拿大巴西印度美国 1111350397800220174 31.71011.322.96.35.0 673236187123.58555 43.715.512.18.05.53.636.950-6722-6040-68.530-6020.8中国 462(保有储量） 183（已利用矿区储量） 30-35 中国铁矿石特点：

5、储量低于世界人均拥有量，多为贫矿、难选，四大铁矿：鞍山、攀西、冀东、晋北，可开采40-50年。国家 总储量 工业储量矿石品位108t（亿t)108t（亿铁的工业矿物和矿石类型自然界中已知含铁矿物有300多种，主要矿物有：磁铁矿（Fe3O4），含铁72.4赤铁矿（Fe2O3），含铁70褐铁矿（Fe2O3nH2O），含铁48-62.9针铁矿（Fe2O3H2O），含铁48-63菱铁矿（FeCO3），含铁48.3铁的工业矿物和矿石类型自然界中已知含铁矿物有300多种，主要 铁矿石按矿物成份可分为五种类型磁铁矿矿石赤铁矿矿石褐铁矿矿石钛磁铁矿矿石菱铁矿 按铁的含量可分为富铁矿石和贫铁矿石，我国一般按以下

6、分类富铁矿石含Fe45以上磁铁矿石、赤铁矿石，含铁30-35菱铁矿矿石贫铁矿石含铁25-45的磁铁矿石、赤铁矿石，含铁20-30的菱铁矿石 铁矿石按矿物成份可分为五种类型工业上对铁矿石的要求铁矿石的边界品位一般为TFe 20-25%,经选矿后才可使用。一般入高炉的富矿品位要求大于50%(Fe), S、P、Pb、Zn、Sn为有害组分。当矿石中CaO+MgO/SiO2+Al2O3 在0.8-1.2 之间称为自熔性矿石。工业上对铁矿石的要求铁矿粉造块 铁矿粉造块的目的： 1.将粉状料制成具有高温强度的块状料以适应高炉冶炼、直接还原等在流体力学方面的要求； 2.改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到

7、改善； 3、去除某些有害杂质，回收有益元素达到综合利用资源和扩大炼铁矿石原料资源。 铁矿粉造块主要工艺：烧结过程和球团过程铁矿粉造块 铁矿粉造块的目的：烧结工艺过程（抽风烧结）： 混合料（铁矿粉、熔剂、燃料、附加物、及返矿。） 混合及造球 带式烧结机台车上 点火 整个烧结过程是在10-16kPa负压抽风下，自上而下进行的。烧结工艺过程（抽风烧结）：烧结工艺过程生球成型（细粉料氧化矿物表面能大、易吸附水） 生球干燥（脱水、预防焙烧破裂） 焙烧固结 （足够的机械强度、冶金性能）烧结工艺过程溶剂 由于高炉造渣的需要，入炉料中常需配加一定数量的助溶剂，简称溶剂。 常用的是碱性溶剂，即石灰石（CaCO3

8、）、白云石 Ca（Mg）CO3等。 溶剂质量要求：有效成分含量高； S、P等有害杂质含量低。 如对石灰石和白云石来说，要求其有效碱度高。 （ CaO+ MgO）有效=（ CaO%+ MgO%）-SiO2%R 当冶炼含碱性氧化物脉石为主的矿石时，则溶剂应为酸性物，如常用的硅石（SiO2）等 。溶剂燃料焦炭、煤粉焦炭在高炉内的作用 1）在风口前燃烧，提供冶炼所需热量； 2）固体C及其氧化产物CO，是氧化物的还原剂； 3）在高温区，矿石软化熔融后，焦炭是炉内唯一以固态存在的物料，是支撑高达数十米料柱的骨架，同时又是风口前产生的煤气得以自下而上畅通流动的高透气性通路。煤粉 1964年，我国首先在首钢成

9、功地向高炉喷吹无烟煤粉，作为辅助燃料置换一部分昂贵的焦炭，以降低成本。 目前，我国大部分高炉都采用喷吹煤粉工艺。 燃料焦炭、煤粉（二）高炉炼铁工艺简介 原料：铁矿石 造块：烧结和球团。球团主要用于细磨铁精矿粉。 燃料：焦炭、喷吹10-30%的无烟煤。 辅助原料： 溶剂（石灰石）：促进渣铁分离；改善生铁质量，获得合格生铁。 锰矿石：提高炉渣脱硫能力，调节含锰量。 其他辅助原料：金属附加物和洗炉剂（萤石和均热炉渣）（二）高炉炼铁工艺简介 原料：铁矿石高炉设备高炉本体： 1.高炉内型：炉缸 炉腹 炉腰 炉身 炉喉 高炉有效高度： 从出铁口中心线到大钟全开时的下沿（或旋转溜槽处于垂直位置时的下缘）位置

10、之间的高度。 高炉有效容积： 有效高度之间的炉内容积为有效容积。高炉大小是以有效容积表示的。 2.高炉基础及钢结构 3.高炉炉壳 4.高炉炉衬及冷却设备高炉设备高炉本体： 高炉附属设备： 上料设备：料车、皮带上料 炉顶装料设备： 有料钟：受料漏斗、布料器、小钟、料仓、大钟等 无料钟：受料漏斗、料仓、漏斗、旋转溜槽等 送风设备：热风炉、鼓风机等 煤气除尘设备：干法除尘、湿法除尘 渣铁处理设备：渣铁口、水冲渣设备 喷吹设备高炉设备 高炉附属设备：高炉设备钢铁冶金概论课件高炉内的炉料分布 块状带：矿石层与焦炭层 软熔带：矿石开始软化到完全熔化的区间 滴落带： 风口带：焦炭回旋区 渣铁带：高炉内的炉料

11、分布钢铁冶金概论课件生铁的形成过程： FeO+C Fe+CO FeO+COFe+CO2 FeO+H2 Fe+H2O生铁的形成过程：高炉炼铁工艺过程： 炉料配比上料设备炉顶装料设备炉内。 热风（热风炉1000-1300度）热风管道风口高炉。 热风+焦碳=高温煤气 高温煤气（从下往上）+炉料（从上往下）=液态铁 （加热、还原、溶化、造渣等一系列的物理化学反应） 液态铁聚于炉缸，周期性地从渣铁口排出，炉渣经水冲渣设备变成水渣运走。高炉炼铁工艺过程：氧化去除碳（脱碳）；氧化造渣去除磷；造渣去除硫；脱氧；去除N、H等；去除钢中非金属夹杂物；升温；合金化废钢、炉渣返回利用；回收煤气、蒸汽等。炼钢的基本任务

12、（三）转炉炼钢工艺简介氧化去除碳（脱碳）；炼钢的基本任务（三）转炉炼钢工艺简介钢铁冶金概论课件钢铁冶金概论课件钢铁冶金概论课件钢铁冶金概论课件钢铁冶金概论课件炼钢工序功能的演变 基本任务铁水预处理1) 脱碳；2) 升温；3) 脱磷；4) 脱硫；4) 脱氧、氮、氢等；5) 合金化。炼 钢炉外精炼炼钢工序功能的演变 基本任务铁水预处理1) 脱碳；炼 钢铁冶金概论课件（四）轧钢工艺简介 轧制产品一般可分为： 1.型钢：圆钢、方钢、扁钢、螺纹钢、角钢、工字钢、槽钢、H型钢、钢轨。 2.板带钢：特厚板（60mm）、厚板（20-60mm）、中板（4.0-20mm）、薄板（0.2-4.0mm）和极薄板（0.2mm） 。 3.钢管：热轧无缝钢管、焊接钢管和冷加工钢管。 4.特殊外形轧制产品。常见有车轮、轮箍和钢球等。（四）轧钢工艺简介轧钢一般工艺过程： 按变形时金属本身温度的高低分为 热轧和冷轧。 冷轧：金属的变形温度低于再结晶温度 热轧：金属的变形温度高于再结晶温度 加热轧制（粗轧、精轧）精整轧钢一般工艺过程： 加热的目的 1.提高钢的朔性 2.降低变形抗力 3.改善金属的结晶组织和消除金属内部的内应力 加热的目的 1.提高钢的朔性